专利名称：电磁阀仿真优化设计分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁阀设计技术领域，特别是一种电磁阀仿真优化设计分析系统。
背景技术：
电磁阀作为一种与企业安全生产直接相关的重要工业产品，在众多领域起着不可或缺的作用。将现代虚拟设计仿真技术引入电磁阀的设计中，在不改变电磁力的情况下，减少电磁机构的体积，节约铜铁用量，优化动作过程，提高电磁阀的使用寿命，减少稳定状态的工作温升，同时结合流量控制具体情况，实现节能、节材、稳定运行，成为可能。但是，国内对电磁阀的研究起步较晚，对电磁阀的设计理论研究更加滞后。电磁阀的虚拟仿真设计领域，目前国内处于真空状态。我国电器行业计算机设计仿真技术近年来发展迅速，已有开关板、保护屏等成套装置的设计技术，电磁铁及电磁系统的计算仿真技术，电器产品的动静特性分析和优化设计等等。虚拟样机技术是以机械系统动力学和运动学仿真技术为核心，兼顾可视化技术、有限元方法、优化设计技术等的综合性技术。它克服了传统设计中制造及试验周期长、成本高的缺点，拥有灵活的市场反应能力。我国电器领域虚拟样机技术正在蓬勃发展。其中，西安交通大学针对断路器和接触器开展的虚拟样机研究内容已涉及到了电、磁、力、温度等多物理场的分析，并注重了各物理场之间的耦合作用。福州大学、河北工业大学等主要在低压电器装配方向做了大量研究工作。这些系统大都采用了在三维专业造型软件基础上进行二次开发，从而具有统一数据库的零件造型与可视化的装配过程仿真功能，并可以完成与装配相关的功能分析，如质量、转动惯量的计算，反力参数的计算，装配零件间余隙分析与干涉检验等等。应用各种通用有限元软件开展针对低压电器的三维电磁场有限元计算，触头间电动斥力的有限元分析以及电器温度场的仿真分析等。尤其在低压电器电弧研究方面，将温度场、流体场耦合计算，成功模拟了电弧的生成、移动。应用动力学仿真软件对电器机构的动力学特性进行研究。因此，借鉴低压电器的设计方法，开发和研究具有智能优化设计功能的电磁阀计算、优化仿真设计、分析系统，是一件十分有意义的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁阀仿真优化设计分析系统，该系统有利于对电磁阀进行全面的仿真优化设计分析，从而设计出性能优良的电磁阀。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种电磁阀仿真优化设计分析系统， 其特征在于包括系统管理中心B、动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块、失效机理分析模块、输出管理模块L和输出结果模块M ；
所述系统管理中心B与所述动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块和失效机理分析模块相连接，所述系统管理中心B用于选定电磁阀类型以及需要完成的工作是动态设计、温升计算、优化设计或失效机理分析；所述动态设计模块包括动态参数设置模块Cl、与所述动态参数设置模块Cl相连接的吸合过程动态计算模块H、分断过程动态计算模块I和吸持阶段计算模块J，所述吸持阶段计算模块J另一输入端与所述温升计算模块的温升计算结果模块K2相连接以进行温度计算的校验，所述吸合过程动态计算模块H、分断过程动态计算模块I和吸持阶段计算模块J 的计算结果共同传输到动态特性仿真模块Kl中进行存储和数据处理；所述动态特性仿真模块Kl的计算结果送入所述输出管理模块L中；
所述温升计算模块包括温升参数设置模块D1、与所述温升参数设置模块Dl相连接的温度场计算模块N和电磁场计算模块0，所述温度场计算模块N和电磁场计算模块0的计算结果共同传输到温升计算结果模块K2，所述温升计算结果模块K2的计算结果分两路输出， 一路输出至所述吸持阶段计算模块J中，另一路送入所述输出管理模块L中；
所述优化设计模块包括优化参数设置模块El和与所述优化参数设置模块El相连接的优化计算程序模块R，所述优化计算程序模块R调用动态计算程序模块T和温升校验计算模块U，然后将符合优化设计条件的参数结果送入所述输出管理模块L中；
所述失效机理分析模块包括失效参数设置模块Fl、失效机理计算模块S和失效分析结果模块K4，所述失效分析结果模块K4将数据整理和分析结论送入所述输出管理模块L中； 所述输出管理模块L用于汇总动态设计、温升计算、优化设计、失效机理分析的各种数据和结果，形成报告并送入所述输出结果模块M中；
所述输出结果模块M用于输出相应的产品分析报告。本发明的有益效果是针对目前电磁阀特性仿真、动态优化设计领域的空白状态， 通过对电磁阀电磁系统和整体结构进分析、计算、建模、试验，结合虚拟设计技术，建立电磁阀仿真优化设计分析系统，为设计性能优良的电磁阀奠定基础。下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例的工作原理框图。
具体实施例方式本发明的电磁阀仿真优化设计分析系统，如图1所示，包括系统登录模块A、系统管理中心B、动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块、失效机理分析模块、输出管理模块L和输出结果模块M。所述系统登录模块A用于对管理人员和登录密码进行管理。所述系统管理中心B与所述动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块和失效机理分析模块相连接，所述系统管理中心B用于选定电磁阀类型以及需要完成的工作是动态设计、温升计算、优化设计或失效机理分析。选择好需要完成的操作以后，就进入各自的计算分析模块。所述动态设计模块包括动态参数设置模块Cl、与所述动态参数设置模块Cl相连接的吸合过程动态计算模块H、分断过程动态计算模块I和吸持阶段计算模块J。在所述动态参数设置模块Cl中，可以设定电磁阀的结构、材料、工作电压、反力特性、关键参数等。所述吸持阶段计算模块J另一输入端与所述温升计算模块的温升计算结果模块K2相连接以
4进行温度计算的校验，所述吸合过程动态计算模块H、分断过程动态计算模块I和吸持阶段计算模块J的计算结果共同传输到动态特性仿真模块Kl中进行存储和数据处理；所述动态特性仿真模块Kl的计算结果送入所述输出管理模块L中。所述温升计算模块包括温升参数设置模块D1、与所述温升参数设置模块Dl相连接的温度场计算模块N和电磁场计算模块0。在所述温升参数设置模块Dl中可以设置激磁线圈的线径、匝数、材料、铁心的各种参数、骨架参数、激磁电压等。所述温度场计算模块 N和电磁场计算模块0的计算结果共同传输到温升计算结果模块K2，所述温升计算结果模块K2的计算结果分两路输出，一路输出至所述吸持阶段计算模块J中，另一路送入所述输出管理模块L中。所述优化设计模块包括优化参数设置模块El和与所述优化参数设置模块El相连接的优化计算程序模块R。在所述优化参数设置模块El中可以选择优化设计方法、优化的目标函数、优化变量等。所述优化计算程序模块R调用动态计算程序模块T和温升校验计算模块U,该动态计算程序模块T可以根据需要选择计算的过程，如只考虑动态吸合过程等， 温升校验计算模块U可以选择吸持阶段进行温升校验，然后将符合优化设计条件的参数结果送入所述输出管理模块L中。所述失效机理分析模块包括失效参数设置模块Fl、失效机理计算模块S和失效分析结果模块K4，在失效参数设置模块Fl中可以对失效机理分析的各关键参数进行设置，选择影响因子等，然后进入失效机理计算模块S进行产品失效机理分析计算，得出结论，将结论送入结果模块K4中，所述失效分析结果模块K4将数据整理和分析结论送入所述输出管理模块L中。所述输出管理模块L用于汇总动态设计、温升计算、优化设计、失效机理分析的各种数据和结果，形成报告并送入所述输出结果模块M中。所述输出结果模块M用于输出相应的产品分析报告。下面对本发明涉及的动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块、失效机理分析模块作进一步阐述。( 1)电磁阀动态设计模块
电磁阀的动作过程是一个集电、磁、热、机械运动于一体的复杂过程，严格可以分为运动阶段和静止阶段。在运动阶段中，又可以分为吸合运动阶段与分断运动阶段；在静止阶段中可分为吸持阶段和断开阶段。断开阶段是一种不工作状态，可以不考虑其电磁场的情况。因此，必须建立吸合运动阶段、分断运动阶段、吸持阶段的特性计算模型。电磁阀多为螺管式结构的磁场结构，其位置空间小、磁路磁通走向复杂、磁极端面不规则、漏磁通参与做功。因此，电磁场分析与计算十分复杂。目前，对电磁机构的分析计算大多采用两种计算分析方法①“磁路”计算方法。该方法通过建立等效磁路，建立电压平衡方程、达朗贝尔运动方程、麦克斯维尔磁场方程、热平衡方程，组成动态特性计算方程组，进行特性计算。此方法的缺点是等效过程将带来一定计算误差，尤其是对气隙部分和漏磁部分的等效计算，优点是计算速度快、特性分析直观，在优化设计过程可直接调用，设计方便。②“磁场”计算方法。该方法的计算基础是有限元分析，有限元计算可以精确的得知电磁场的各个参量在三维空间的分布情况与大小、漏磁场的分布、磁场储能等量值，缺点是计算工作量大、需要的资源多，虽然目前有不少商业软件，可以方便的进行有限元电磁场分析与计算，但是，应用成本高、使用复杂，优化设计调用存在一定困难。因此，本设计采用了 “场”、“路”结合的计算分析方法，优点显著。(2)电磁阀温升计算分析模块
电磁阀大多具有结构紧凑、工作精度高的特点。在阀门的工作工程中，要求电磁机构工作温升低值而稳定。因此，在电磁阀的优化设计过程中，温升作为一个重要的指标来要求， 在节材、节能、工作可靠的基础上，要求工作温升在允许范围内。温升模块包含电磁阀稳定工作过程中，吸持状态的温度场与电磁场计算部分，可以单独计算样机的温升，也作为优化设计的一个子模块。(3)电磁阀优化设计模块
电磁阀的优化设计方法有许多种，可以采用目前收敛速度快、寻优效果好的蚁群算法、 遗传算法、粒子群算法等，通过设定目标函数和优化变量，调用动态计算、温升计算模块，寻找节能、节材、寿命长、性能指标满足要求的电磁阀产品。(4)电磁阀失效机理分析模块
根据电磁阀动态特性、温升参数、动作指标、运行结果，以及专家经验，建立电磁阀失效机理分析模块，通过计算给产品提供改进意见和建议，为电磁阀的设计、研制奠定理论基石出。以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电磁阀仿真优化设计分析系统，其特征在于包括系统管理中心B、动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块、失效机理分析模块、输出管理模块L和输出结果模块M ；所述系统管理中心B与所述动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块和失效机理分析模块相连接，所述系统管理中心B用于选定电磁阀类型以及需要完成的工作是动态设计、温升计算、优化设计或失效机理分析；所述动态设计模块包括动态参数设置模块Cl、与所述动态参数设置模块Cl相连接的吸合过程动态计算模块H、分断过程动态计算模块I和吸持阶段计算模块J，所述吸持阶段计算模块J另一输入端与所述温升计算模块的温升计算结果模块K2相连接以进行温度计算的校验，所述吸合过程动态计算模块H、分断过程动态计算模块I和吸持阶段计算模块J 的计算结果共同传输到动态特性仿真模块Kl中进行存储和数据处理；所述动态特性仿真模块Kl的计算结果送入所述输出管理模块L中；所述温升计算模块包括温升参数设置模块D1、与所述温升参数设置模块Dl相连接的温度场计算模块N和电磁场计算模块0，所述温度场计算模块N和电磁场计算模块0的计算结果共同传输到温升计算结果模块K2，所述温升计算结果模块K2的计算结果分两路输出， 一路输出至所述吸持阶段计算模块J中，另一路送入所述输出管理模块L中；所述优化设计模块包括优化参数设置模块El和与所述优化参数设置模块El相连接的优化计算程序模块R，所述优化计算程序模块R调用动态计算程序模块T和温升校验计算模块U，然后将符合优化设计条件的参数结果送入所述输出管理模块L中；所述失效机理分析模块包括失效参数设置模块Fl、失效机理计算模块S和失效分析结果模块K4，所述失效分析结果模块K4将数据整理和分析结论送入所述输出管理模块L中； 所述输出管理模块L用于汇总动态设计、温升计算、优化设计、失效机理分析的各种数据和结果，形成报告并送入所述输出结果模块M中；所述输出结果模块M用于输出相应的产品分析报告。
2.根据权利要求1所述的电磁阀仿真优化设计分析系统，其特征在于该系统还包括系统登录模块，所述系统登录模块用于对管理人员和登录密码进行管理。
全文摘要
本发明涉及一种电磁阀仿真优化设计分析系统，包括系统管理中心、动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块、失效机理分析模块、输出管理模块和输出结果模块；所述系统管理中心与所述动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块和失效机理分析模块相连接，所述动态设计模块、温升计算模块、优化设计模块和失效机理分析模块将计算结果送入所述输出管理模块中；所述输出管理模块汇总动态设计、温升计算、优化设计、失效机理分析的各种数据和结果，并由输出结果模块输出相应的产品分析报告。该系统有利于对电磁阀进行全面的仿真优化设计分析，从而设计出性能优良的电磁阀。
文档编号G06F17/50GK102222145SQ20111017733
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者林抒毅, 程祝媛, 许志红 申请人:福州大学